《創(chuàng)新課程設計》PPT課件.ppt

機械創(chuàng)新設計 歡迎進入 設計題目 爬桿機械貓 2001年7月 爬行動畫演示 2001年7月 一工作原理及工藝過程 模仿尺蠖 尺蠖之屈 以求伸也 向上爬行動作 同時伸頭 擺尾 功能分解為 爬桿功能伸頭功能擺尾功能 2001年7月 二設計要求 1 本產(chǎn)品屬于玩具類 因此對動感效果要求高一點 2 保證機器人能順利完成爬桿的功能 并在上升時完成伸頭以及擺尾的動作 3 機構的重量不宜過重 各零件大小要適中 4 本產(chǎn)品只是力求爬桿動作的新穎 故對于其他功能并不作太嚴格的要求 2001年7月 三設計方案的構思及分析 各功能的實現(xiàn)方案及選擇 2001年7月 1 爬桿功能的實現(xiàn) 爬行機構是簡單的曲柄滑塊機構 其中電機與曲柄固連 驅動裝置運動 上下四個自鎖套是實現(xiàn)上爬的關鍵機構 當自鎖套有向上運動趨勢時 錐套 鋼球與圓桿之間會形成可靠的自鎖 使裝置不下滑 而上行時自鎖解除 2001年7月 爬桿機構 單側 1 上自鎖套2 電機3 曲柄4 圓桿5 連桿6 下自鎖套 2001年7月 自鎖套結構圖 1 鋼球2 圓桿 2001年7月 動畫示意 請點擊 2001年7月 爬桿運動示意簡圖 一 圖a 為初始狀態(tài) 上下自鎖套處于最遠極限位置同時鎖緊 2001年7月 爬桿運動示意簡圖 二 圖b狀態(tài)曲柄逆時針方向轉動 上自鎖套鎖緊 下自鎖套松開 被曲柄連桿帶動上爬 2001年7月 爬桿運動示意簡圖 三 圖c狀態(tài)曲柄已越過最高點 下自鎖套鎖緊 上自鎖套松開 被曲柄帶動上爬 如此周而復始 實現(xiàn)自動爬行 2001年7月 2 伸頭功能的實現(xiàn) 方案一由凸輪機構實現(xiàn) 2001年7月 方案二由平面六桿機構實現(xiàn) 2001年7月 方案三由平面四桿機構實現(xiàn) 2001年7月 伸頭 動力傳輸 齒輪1固連在曲柄上 由電機帶動 齒輪1與齒輪2外嚙合 齒輪3與齒輪2同軸 2001年7月 3 擺尾功能實現(xiàn) 方案一如右圖 2001年7月 方案二如右圖 2001年7月 4 方案分析與評價 1 選擇原則 所選方案是否能滿足要求的性能指標 結構是否簡單 緊湊 制造是否方便 成本是否低 2 經(jīng)過前述方案評價方法 采用價值工程法進行分析論證 確定方案伸頭功能 方案一擺尾功能 方案二為最佳合理方案 2001年7月 三 尺寸設計及整體圖形 2001年7月 1 整體圖形 2001年7月 2 運動循環(huán)圖 2001年7月 3 連桿運動分析及尺寸計算 設桿1作逆時針轉動 且f 0時為初始位置 此時自鎖套鎖定 自鎖套4向上滑動 故在0 f 180之間 可看成以桿3為曲柄 桿2為連桿 自鎖套4為滑塊的曲柄滑塊機構 現(xiàn)就這一過程作出分析 2001年7月 L1 50cmL2 150cme 0推出此機構u 0故此機構無急回特性 Umax arcsin 50 150 19 5因為此機構并非大功率機構 故最大壓力角符合要求 下面計算曲柄轉動角度和滑塊位移的關系 設a 0 s 0 a F s 20 lAB故只需求得lAB與cosf之間的關系 cosf lAB lAB 200 10 lAB解得 cosF lAB 10 20 lAB10 lAB 20當180 f 360 自鎖套4自鎖 自鎖套3可以向上運動 此時由于壓力角非常大 故曲柄不應太長 cosf lAB 10 20 lABlAB由10增加到20cm 2001年7月 LAB運動分析圖 2001年7月 4 擺尾部分尺寸設計 AB為曲柄轉動范圍 20 20度 設A點坐標 0 0 D點坐標 75 0 當AB桿從AB1轉過10和30度時 CD桿轉動20和60度 計算原動件AB對從動件 連架桿CD的相對位移矩陣Dr12 Dr13 2001年7月 cos 10 20 sin 10 20 1 cos20Dr12 sin 10 20 cos 10 20 sin200000 98 0 170 02 0 170 980 34000cos 30 60 sin 30 60 1 cos60Dr13 sin 30 60 cos 30 60 sin600010 870 50 5 0 50 870 87001于是B2 B3剛化反轉后的位置B2 B3 的坐標為 2001年7月 XB2XB1YB2 Dr12 YB111XB3XB1YB3 Dr13 YB111注 如上所示都是矩陣形式 2001年7月 5 齒輪尺寸 齒輪數(shù)為2 模數(shù)m 1 5齒數(shù)z1 30z2 15 2001年7月 6 凸輪尺寸設計 基圓半徑r 12 6mm偏心距e 5mm從動件運動規(guī)律在0 180度按余弦加速度規(guī)律上升在180 200處于最高點不動在200 320度按等加速等減速運動規(guī)律在320 360度停留在最低點編程計算 程序見下 按計算結果畫圖如右 2001年7月 凸輪計算程序 C include include definee24 definepi3 14159 definek57 29578voidmain doubleQ s p s0 xb yb t m yc xc rr dxb dyb s0 76 32 rr 15 cout Q 2001年7月 if Q120 2001年7月 dxb e sin Q k p cos Q k dyb dyb e cos Q k p sin Q k t dxb dyb m atan t xc xb rr cos m yc yb rr sin m cout nQ Q cout ns s cout np p cout nxb xb cout nyb yb n cout nxc xc cout nyc yc n 2001年7月 四 設計體會 小組成員 蔡志祥一 本次創(chuàng)新設計給了我們一個把書本所學知識運用到實踐的機會 同時給了我們一種自信 因為以前學的科目僅局限于在課堂聽聽 課后做做作業(yè)而已 平時學習的動力也很直接 為了考試 一考完 就誰也不認識誰了 學的累 沒有興趣 學無所用 感覺在做無用功 但這一次并不一樣 機械原理 考試沒有考到的東西 在設計中得到了應用 雖然有時很煩 又要計算又要編程序 但心里還是很開心的 因為這是我設計的 2001年7月 二 在設計過程中 我們充分調(diào)動自己創(chuàng)新意識 也許年輕人求異的心理比較強 我們先是廣泛的看各種有關這方面的書 吸收前人的經(jīng)驗 擴寬自己的思維空間 一定要做個與眾不同的 這是我們的追求 然后小組討論 確定大方向 做玩具 這個相對于 壓瓶機 切糕機 等一些常見的工業(yè)設備 也許是玩具尺寸要求可以沒有必要像它們那樣高 但我們還是很認真的從基本做起 爬桿又不能讓讓它掉下 怎么辦呢 我們找了很多書 討論了很多回 終于從一個小機構中得到了啟發(fā) 引用 自鎖套 這也算是我們設計的一大創(chuàng)新之處 三 在短短不到2周的時間里 也讓我們明白了一個道理 要想做成一件大事 但靠個人力量是不行的 只有團結一致 互相協(xié)調(diào) 揚長避短 才能在最短的時間里 做出最好的成績 2001年7月 小組成員 龔志海在經(jīng)歷了將近十天來的設計歷程之后 我首先得為自己有了人生中第一個設計而感到高興 但我也開始明白作為一個設計者的艱辛和所需付出的巨大的努力 一個設計的完成所要囊括的東西實在太多了 在設計中由于自己知識的不足 所設計的東西也只能局限在幾個簡單的機構上 不過說實的在就這幾個簡單的機構湊在一起讓它按照自己的想法動起來也不是一件非常容易的事情 不過這次的收獲的確很大 設計剛開始時 我們心里都沒有底 不知道設計什么好 憑著自己僅有的一點的機械知識 就這樣勿勿的開始了 之間想過不少的方案 但可能因為這些方案過于一般化 體現(xiàn)不出創(chuàng)新的意識 所以我們沒有采納 經(jīng)過一天的思考和收集資料 我們最終定下了爬桿機器人這個方案 在方案的進行過程中 我們遇到了麻煩 因為一開始 2001年7月 我們設計僅僅只是一個簡單的曲柄滑塊機構在一根桿上作爬行動作 如何讓它在爬升的過程中作其它的動作 在當然來說是我們遇到的一個最大的難題 由于機構過于簡單 顯然不可能在上面放些什么齒輪 連桿等 后來我們想到了用兩個同樣的機構平行放置 這是一個突破 因為這樣我們就有了放置其他機構的空間 不過并非以后的設計就一帆風順 因為機器人的整體都在作向上運動 而且還在進行著伸縮運動 由于這個原因我們花了不少時間在位置的設計問題上 這次的設計讓我學到了不少的東西 雖然設計中有著很多不完善的地方 但有過這一次的經(jīng)歷 已經(jīng)是一次寶貴的財富了 2001年7月 小組成員 李新民 經(jīng)過這一次的課程設計 我們深深的意識到 日常看上去很簡單的機器里面卻包含了很大的學問 一臺性能優(yōu)良的機器是有很多很多的機構組成 這就要求每一個機構設計合理 精確 這其中讓我們體會更深的是 我們所學習的基本原理在設計中的重要性 壓力角的計算 連桿機構的運動特性和規(guī)律 一點的計算錯誤就會使我們的機構癱瘓下去 成為一堆 2001年7月 經(jīng)過這一次的課程設計 我們深深的意識到 日?？瓷先ズ芎唵蔚臋C器里面卻包含了很大的學問 一臺性能優(yōu)良的機器是有很多很多的機構組成 這就要求每一個機構設計合理 精確 這其中讓我們體會更深的是 我們所學習的基本原理在設計中的重要性 壓力角的計算 連桿機構的運動特性和規(guī)律 一